(57)【要約】【課題】容易かつ安全にＧａＮの転位を検出する。【解決手段】ＧａＮの結晶を８５℃に温めた濃度２５％のＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液で１時間エッチングする。すると、ＧａＮの結晶表面にエッチピットが形成される。このエッチピットは転位部分に形成されたものであるから、エッチピットを通して転位を検出できる。また、エッチピットの個数を光学顕微鏡などを用いて数えることで、転位密度を測定することができ、結晶の品質を評価することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｇａを必須成分として含むIII 族窒化物半導体結晶の転位を検出する方法において、
前記III 族窒化物半導体結晶をＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液でエッチングし、
前記III 族窒化物半導体結晶に形成されるエッチピットにより転位を検出することを特徴とする転位検出方法。
【請求項２】
前記ＴＭＡＨ溶液の温度が５０℃〜１００℃であることを特徴とする請求項１に記載の転位検出方法。
【請求項３】
前記ＴＭＡＨ溶液の濃度が５％〜５０％であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の転位検出方法。
【請求項４】
前記ＴＭＡＨ溶液は、ＴＭＡＨ水溶液であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の転位検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｇａを必須とするIII 族窒化物半導体結晶の転位による欠陥を容易に検出する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、III 族窒化物半導体は、非常に活発に研究開発が行われている。ＬＥＤやＬＤなどの発光デバイスの材料として、また、高周波デバイスの材料として、非常に有用、有望であるためで、今後ますますその重要性は増すものと考えられる。
【０００３】
それらの電子デバイスは、III 族窒化物半導体の結晶で構成されるが、その結晶の転位密度は、電子デバイスの性能に大きな影響を与える。特に、III 族窒化物半導体の結晶は、他の半導体結晶と比べて転位密度が大きいため、転位密度を測定することにより結晶の品質を評価することは、大変重要である。
【０００４】
III 族窒化物半導体結晶の転位密度の測定方法としては、エッチングにより転位部分に形成されるエッチピットをカウントすることで、転位密度を測定する方法が知られている。
【０００５】
特許文献１には、エッチング剤として、硫酸とリン酸の混合液、または硫酸系化合物とリン酸系化合物の混合物の融解液を用いることにより形成されたエッチピットにより転位密度を測定する方法が記載されている。硫酸とリン酸の混合液は、１８０℃〜２８０℃、硫酸系化合物とリン酸系化合物の混合物の融解液は、２００℃〜４００℃で用いる旨が記されている。
【０００６】
非特許文献１にも同じように、硫酸とリン酸を１：３の割合で混合し、２５０℃に加熱した溶液でＧａＮをエッチングすることで生成されるエッチピットにより、転位を検出する方法が記載されている。
【０００７】
また、エッチング剤として、ＫＯＨ融解液を用いる方法も知られている。たとえば、特許文献２には、３００℃〜３６０℃のＫＯＨ融解液を用いてエッチングし、形成されるエッチピットにより転位を検出する方法が示されている。また、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液は、下記特許文献３、４に記載されているように、シリコンをエッチングすることは知られている。しかしながら、ＴＭＡＨ溶液により、窒化ガリウム、ガリウムと窒素を必須とするIII 族窒化物半導体がエッチングできることは知られていない。
【特許文献１】特許第３６６３７４号
【特許文献２】特開２００１−３９７９９
【特許文献３】特開２００５−１７５２２３
【特許文献４】特許第３０２７０３０号
【非特許文献１】Solid-State Electronics 46 (2002) 555-558
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記いずれのエッチング剤においても、使用温度は高く、危険である。特に、硫酸を高温に加熱したものは大変危険であり、加熱により生じる硫黄酸化物のガスは人体に有毒である。また、高温では水分の蒸発も激しいため、濃度をコントロールすることが難しい。よってこれらのエッチング剤の使用にあっては、安全のために、取り扱いには十分な注意が必要となる。さらに、ＫＯＨ融解液では、エッチング後にIII 族窒化物半導体結晶に付着したＫＯＨを取り除くのに手間がかかる点も問題となる。
【０００９】
そこで本発明は、従来とは異なるエッチング剤を用いることにより、安全で簡便に、III 族窒化物半導体結晶の転位を検出する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、Ｇａを必須成分として含むIII 族窒化物半導体結晶を、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム：（ＣＨ3 ）4ＮＯＨ）溶液でエッチングし、結晶に形成されるエッチピットにより転位を検出することを特徴とする転位検出方法である。
【００１１】
ＴＭＡＨ溶液の温度は、５０℃〜１００℃であることが望ましく、８０℃〜１００℃であるとより望ましい。５０℃以下では、エッチング速度が遅く、エッチピットがあまり形成されないため望ましくない。特に、ＴＭＡＨ水溶液の場合にも、上記のように５０℃〜１００℃であることが望ましく、８０℃〜１００℃であるとより望ましい。また、１００℃以上であると、溶液中に気泡が発生し、結晶に付着するため望ましくない。また、水分や溶媒の蒸発により濃度が変化してしまう点でも望ましくない。
【００１２】
ＴＭＡＨ溶液は、最も望ましくは、ＴＭＡＨ水溶液である。
ＴＭＡＨ水溶液の濃度は、５％〜５０％であることが望ましく、６％〜２５％であるとより望ましい。５％以下では、エッチング速度が遅く、望ましくない。５０％以上では、過飽和状態になる可能性があり、沈殿物を生じることがあるため望ましくない。
【００１３】
エッチング速度はＴＭＡＨ溶液の濃度と温度に依存し、エッチピットの直径はエッチング速度とエッチングの時間に依存している。そのため、必要に応じて、ＴＭＡＨ溶液の濃度、温度、エッチング時間を変え、エッチピットの大きさを調整することも可能である。たとえば、転位密度を測定する場合は、エッチピットの数を数えるのにＳＥＭやＡＦＭを用いるよりも、光学顕微鏡を用いるほうが数える時間が短くてすむので、エッチピットの大きさは光学顕微鏡で容易に観測できる程度に大きい方が良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明において、エッチングに用いられるＴＭＡＨ溶液、特に、ＴＭＡＨ水溶液は、人体にとって有害なものではなく、また、５０℃〜１００℃という低温で使用される。そのため、取り扱いが容易であり、比較的安全である。また、ＴＭＡＨは不揮発性であるから、ＴＭＡＨ水溶液とした場合には、水溶液の濃度調整もしやすい。さらに、ＫＯＨのようにアルカリ金属イオンを含まないため、エッチング後の試料の洗浄も容易である。以上のように、エッチング剤としてＴＭＡＨ溶液、特に、ＴＭＡＨ水溶液を用いることで、従来よりも簡便にIII 族窒化物半導体結晶の転位を検出することができる。また、本発明による方法により検出されたエッチピットを光学顕微鏡などでカウントすることで、転位密度を測定することができ、結晶の品質を評価することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の具体的な実施例を図を用いて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１６】
試料として、サファイアＣ面基板１上にＡｌＮの低温バッファ層２、その上にＧａＮの低温バッファ層３、その上にＧａＮ層４を積層させたものを作成した（図１参照）。ＧａＮ層４の表面５は、Ｃ面である。各層の厚さは、バッファ層２が５０ｎｍ、バッファ層３が０．３μｍ、ＧａＮ層４が３μｍである。この試料を８５℃に温めた濃度２５％のＴＭＡＨ水溶液で１時間エッチングした。その結果、多数のエッチピットが形成されていることが確認できた。図２は、ＧａＮ層４の表面５に形成されたエッチピットを撮影した光学顕微鏡写真である。直径のほぼ等しい、いくつかのエッチピットを確認できる。図３は、試料を４５度傾けてエッチピットを撮影したＳＥＭ写真である。エッチピットの直径は、だいたい８μｍである。また、エッチピットの縁には、角錐が見えている。図２でエッチピットの周囲が白くなっているのは、この角錐部分である。
【００１７】
このことから、エッチピットおよび角錐は、次のようにして形成されたものと考えられる。
ＴＭＡＨ水溶液は、Ｃ面であるＧａＮ層４の表面５をエッチングすることはできない。しかし、Ｃ面であっても、転位部分６はエッチングすることができる。エッチングが進むとＴＭＡＨ水溶液はバッファ層３に到達する。そして、バッファ層は転位などによる欠陥が多いためにエッチング速度が速いため、ＧａＮ層４のＣ面以外の面よりも速くバッファ層２、３がエッチングされる（図４参照）。その後、ＧａＮ結晶のＲ面に沿って下から上へエッチングが進行し、エッチピット径が拡大するとともに、異方性エッチングのために、Ｒ面を側面とする角錐が生じる（図５参照）。図３の顕微鏡写真の六角錘の側面はＧａＮのＲ面である。
【００１８】
なお、実施例１ではＧａＮを用いたが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮなどのIII 族窒化物半導体を用いても、同様にエッチピットにより転位を検出できる。これらのIII 族窒化物半導体のＡｌの組成比は、３０％以下で用いることができる。ＡｌＮは、酸でエッチングできるために、特に、ＴＭＡＨ溶液を用いる優位性はない。
【００１９】
このように、本発明は、ＧａとＮとを必須元素とするIII 族窒化物半導体における転位密度を測定するのに有益である。特に、そのＣ面における転位密度を測定するのに有効である。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、Ｇａを含むIII 族窒化物半導体結晶の品質評価などに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】試料の模式的な断面図。
【図２】エッチングにより生成したエッチピットを示した光学顕微鏡写真。
【図３】エッチピットを４５度の方向から撮影したＳＥＭ写真。
【図４】エッチピットの形成過程の模式図。
【図５】エッチピットの形成過程の模式図。
【符号の説明】
【００２２】
１：サファイア基板
２：バッファ層
３：バッファ層
４：ＧａＮ層
５：ＧａＮ層表面
６：転位部分
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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